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黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学授课专业：生物科学授课教师：方元平swfyp@hgnc.net植物的矿质营养Plantmineralnutrition植物生理学PlantPhysiology黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第二章植物的矿质营养Plantmineralnutrition植物对矿质的吸收、转运和同化称为植物的矿质营养。“有收无收在于水”“多收少收在于肥”黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）植物体内的矿质元素种类很多，据分析，地壳中存在的元素几乎都可在不同的植物中找到，现已发现70种以上的元素存在于不同的植物中，其中最普遍的有十多种。植物体：干物质（5-90%）有机化合物（90%）无机化合物（10%）。鲜样干物质105℃杀青75℃烘干灰化600℃气体灰分黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学C→CO2↑H、O→H2O↑N→NOx↑S→H2S、SO2↑鲜样干物质105℃杀青75℃烘干灰分（灰分元素：少量N，多数S,全部的金属元素和不可挥发的非金属元素共60余种）矿质元素（mineralelement）以氧化物形式存在于灰分(ash)中，构成灰分的元素称为灰分元素(ashelement)。（注意：不含N，但因土壤吸收，所以归并讨论）第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）必需元素：简单地说就是植物生长发育必不可少的元素。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）★鉴定植物必需元素的方法溶液培养法：用人工配制含已知矿质元素成分的营养液培养植物。优点：通过添加或减少某种元素，从植物生长状况判断该元素是否为植物所必需。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素鉴定植物必需元素的方法溶液培养法的形式1、水培法（无土栽培〕：植物直接栽培于营养液中2、砂培法：支撑物（石英砂、蛭石、珍珠岩）3、气培法：根系置于营养液气雾中•利用水培法进行植物生产•管道：略倾斜水泵：循环营养液荷格伦特溶液—常用的一种培养液。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学图3-1几种营养液培养法A.水培法:使用不透明的容器(或以锡箔包裹容器),以防止光照及避免藻类的繁殖,并经常通气;B.营养膜(nutrientfilm)法:营养液从容器a流进长着植株的浅槽b,未被吸收的营养液流进容器c,并经管d泵回a。营养液pH和成分均可控制。C.气培法：根悬于营养液上方，营养液被搅起成雾状。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）★植物必需元素的三条标准第一，由于缺乏该元素，植物生长发育受阻，不能完成其生活史；第二，除去该元素，表现为专一的病症，这种缺素病症可用加入该元素的方法预防或恢复正常；第三，该元素在植物营养生理上能表现直接的效果，而不是由于土壤的物理、化学、微生物条件的改善而产生的间接效果。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）★必需元素的生理作用1、细胞结构物质的组成成分；2、植物生命活动的调节者，参与酶活动（大多微量元素）；3、起电化学作用：即离子化学平衡、胶体的稳定和电荷中和作用。现已发现必需元素共19种，大量元素10种：C、H、O、N、K、Ca、Mg、P、S、Si。微量元素9种：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Na。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）★必需元素的种类-现已发现必需元素19种大量元素（10种）：是指植物需要量较大，在植物体内含量较高（0.1%)的元素，C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Si。微量元素（7种）：是指植物需要量较少,在植物体中含量较低(0.01%)的元素，Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni、Na。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）★大量元素的生理作用黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学★大量元素的生理作用N：在植物生命活动中占有首要地位，称生命元素。为蛋白质主要成分。核酸，核苷酸，辅酶，磷脂，生物碱也含氮素。P：细胞质和细胞核组成部分。磷是核苷酸组成部分，在新陈代谢中占有极重要地位。如：ATP、FAD+、、NADP+、CoA等。磷对糖代谢，N代谢及脂肪转变有重要关系。K：对于参与活体内各种重要反应的酶起活化剂作用，是40种以上酶的辅因子。钾对促进蛋白质合成，糖类合成运输有影响。钾作用下，促进抗旱性（原生质水合程度增加）。硫：含硫AA的组成部分，影响氧化还原过程。钙：细胞壁组成的一种元素，维持膜稳定性。在代谢调节中起“第二信使”作用。镁：叶绿素组成之一。活化某些酶。在细胞分裂中起作用。参与DNA，RNA合成及蛋白质合成或起活化剂作用。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）★大量元素的生理作用★微量元素的生理作用黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学★微量元素的生理作用铁：具两个重要功能：作为酶重要组成成分和合成叶绿素所必需。锰：为糖酶解，三羧酸循环中某些酶及硝酸还原酶的活化剂。为叶绿素结构成分。硼：促进糖运输，对植物生殖过程有影响。锌：吲哚乙酸生物合成所必需的。铜：为某些氧化酶的组分，可以影响氧化还原过程。钼：硝酸还原酶金属部分，起中子传递作用，对固氮过程起作用。氯：光合作用的水光解中起活化剂作用，使O2释放，还原NADP。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）三、作物缺乏矿质元素的诊断植物的缺素症•由于某种必需元素的缺乏，造成植物体内代谢紊乱，进而产生外观上可见的症状（一）病症诊断法黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学番茄的缺素症从左至右：全营养,-P,-Ca,-Fe,-N•大麦缺素症左：全;右：-K•缺S症：左：黑麦草；右：油菜黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学草莓叶片的缺素症状黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第一节植物必需的矿质元素一、植物体内的元素（Elementsinplant）二、植物必需的矿质元素（Plantessentialelements）三、作物缺乏矿质元素的诊断（一）病症诊断法（二）化学分析诊断法黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第二节植物细胞对矿质元素的吸收由于原生质体由膜结构包裹，因此任何矿质元素和水分进入细胞均需跨过膜进行。膜的组成膜的结构—流动镶嵌模型一、生物膜黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第二节植物细胞对矿质元素的吸收离子通道运输载体运输离子泵运输胞饮作用——不很普遍。一、生物膜二、细胞吸收溶质的方式和机理黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第二节植物细胞对矿质元素的吸收一、生物膜二、细胞吸收溶质的方式和机理（一）离子通道运输黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（一）离子通道运输该理论认为，细胞质膜上有内在蛋白构成的圆形孔道，横跨膜的两侧，离子通道可以由化学方式及电化学方式激活，控制离子顺着浓度梯度和膜电位差，即化学势梯度，被动地和单方向地跨质膜运输。该方式是一种简单扩散的方式，是一种被动运输。质膜上已知的离子通道有K+、Cl-、Ca2+、NO3-离子通道。离子通道运输速度比载体蛋白运输离子或分子的速度快1000倍。据估计，一个表面积为4000μm2的保卫细胞质膜约有250个K+通道。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（一）离子通道运输离子通道运输离子的模式图黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第二节植物细胞对矿质元素的吸收一、生物膜二、细胞吸收溶质的方式和机理（一）离子通道运输（二）载体运输黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（二）载体运输载体蛋白（carrierproteins）：又称通透酶或透过酶，也是一类内在蛋白。Me（外界物质）+R（载体）MR（载体—物质复合物）Mi（胞内物质）+R质膜外质膜内结合溶质后，其构象改变，将溶质转运至膜的另一侧释放出去。载体转运有饱和现象。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（二）载体运输载体蛋白类型单向运输载体同向运输器反向运输器黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（二）载体运输单向运输载体：能催化分子或离子单方向地跨质膜运输。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（二）载体运输同向运输器：在与H+结合的同时与另一物质（如Cl-、SO42-或中性溶质糖、氨基酸）结合，同一方向运输。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（二）载体运输反向运输器：在与H+结合的同时与另一物质（如Na+、K+）结合，成相反方向运输。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（二）载体运输被动运输：顺着溶质的化学势梯度转运溶质。主动运输：逆着溶质的化学势梯度转运溶质（需耗能）黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学第二节植物细胞对矿质元素的吸收一、生物膜二、细胞吸收溶质的方式和机理（一）离子通道运输（二）载体运输（三）离子泵运输黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（三）离子泵运输认为植物细胞对离子的吸收和运输是由膜上载体电致质子泵推动的。膜上起电致质子泵作用的是ATP酶，催化ATP水解释放能量，驱动离子转运。黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（三）离子泵运输认为植物细胞对离子的吸收转运是由膜上的生电质子泵推动的。生电质子泵也称为H+-泵ATP酶或H+-ATP酶。ATP驱动质膜上的H+-泵ATP酶将细胞内的H+向膜外泵出，膜外H+浓度增加。结果使膜两侧产生了质子浓度梯度和膜电位梯度，两者合称为电化学势梯度。1、质子泵通过ATPase（质子泵）产生的H+梯度示意图ATP+H2OADP-+PiH+CytosolpH=~7CellwallpH=~5ATPase黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学1、质子泵细胞外侧的阳离子就利用这种跨膜的电化学势梯度经过膜上的通道蛋白进入细胞内；同时，质膜外侧的H+要顺着浓度梯度扩散到质膜内侧，所以质膜外侧的阴离子就与H+一道经过质膜上的载体蛋白同向运输到细胞内。初级主动运输次级主动运输黄冈师范学院生命科学与工程学院植物生物理学二、细胞吸收溶质的方式和机理（三）离子泵运输1、质子泵初级主动运输：生电质子泵工作是一种逆着电化学梯度转运H+的过程，故耗能，为主动运输。次级主动运输：由初级主动运输所